No início de 2025, cientistas anunciaram que haviam trazido lobos-gigantes de volta da extinção com três filhotes de lobo editados geneticamente. O entusiasmo da mídia pode ter obscurecido alguns detalhes importantes — notadamente a modificação de genomas de lobos-cinzentos existentes com apenas certas edições genéticas de lobos-gigantes —, mas demonstrou as possibilidades das tecnologias genéticas avançadas para reviver genes que se pensava estarem perdidos permanentemente.
Em vez de trazer de volta espécies extintas, no entanto, uma aplicação mais imediata e gerenciável dessa tecnologia é a desextinção molecular, que é a ressurreição seletiva de genes, proteínas ou vias metabólicas extintas. Este campo emergente aproveita duas disciplinas científicas principais: a paleogenômica, o estudo do DNA antigo (aDNA), e a paleoproteômica, a análise de proteínas antigas preservadas em restos fossilizados e subfossilizados.
Essas abordagens permitem que os cientistas explorem a história evolutiva em busca de novos compostos bioativos que poderiam revolucionar a medicina, a biotecnologia e a biologia sintética. Especificamente, a desextinção molecular poderia resolver problemas com a resistência a antibióticos ao fornecer fontes não convencionais de moléculas antimicrobianas.
Avanços tecnológicos recentes impulsionaram a desextinção molecular da especulação teórica para a realidade experimental. O sequenciamento de próxima geração (NGS) e o sequenciamento de leitura longa de terceira geração melhoraram drasticamente a recuperação de aDNA fragmentado, enquanto a espectrometria de massa de alta resolução e a modelagem proteica bioinformática permitem que os pesquisadores reconstruam sequências de proteínas antigas e prevejam suas funções.
Com o progresso na biologia computacional e na IA, a identificação de moléculas favoráveis passou de um processo amplamente aleatório para uma metodologia mais deliberada e baseada em dados, onde os pesquisadores podem visar características moleculares específicas com base em uma extensa análise de dados para prever sua eficácia potencial.
Tendências de pesquisa em desextinção molecular
Analisamos a CAS Content CollectionTM, o maior repositório de informações científicas com curadoria humana, para entender o cenário atual e o progresso da pesquisa em desextinção molecular. Constatamos que o número de documentos aumentou nos últimos dez anos, com uma patente registrada nesse período (veja a Figura 1).
Esta análise revela que o pico de documentos relacionados à desextinção em 2017 está conectado à publicação de uma edição especial pelo The Hastings Center for Bioethics, Recreating the Wild: De‐Extinction, Technology, and the Ethics of Conservation. Também examinamos conceitos essenciais relacionados à desextinção na literatura (veja a Figura 2).
As principais conclusões do cenário de pesquisa atual são:
- A paleogenômica é o conceito mais explorado. Embora outras abordagens (por exemplo, retrocruzamento ou clonagem) contribuam para a desextinção, a paleogenômica fornece o roteiro genético necessário para o renascimento preciso das espécies. Ao recuperar, sequenciar e analisar material genético de espécies extintas, os pesquisadores podem reconstruir genomas perdidos, identificar adaptações funcionais importantes e projetar representantes vivos por meio da edição genômica. Avanços no sequenciamento de alto rendimento, edição genética CRISPR-Cas9 e biologia sintética estão convergindo para tornar o renascimento de substâncias e espécies um empreendimento científico tangível — embora complexo.
- Antimicrobianos e antibióticos são o assunto da maioria dos documentos relacionados à desextinção molecular nos últimos três anos (considerando os dados de 2025 apenas até março). Três interseções principais são notáveis: (1) descoberta de peptídeos antimicrobianos antigos por meio da paleogenômica, (2) estratégias antimicrobianas baseadas em CRISPR desenvolvidas a partir de ferramentas de desextinção e (3) descoberta de novos antibióticos a partir de comunidades microbianas ressuscitadas.
- A paleopatologia, o estudo de doenças antigas, ocorre simultaneamente à desextinção. A paleopatologia é tradicionalmente focada em compreender a saúde em populações do passado por meio de restos esqueléticos e mumificados. No entanto, avanços recentes na paleogenômica, paleoproteômica e bioinformática expandiram suas aplicações para a descoberta moderna de medicamentos. Ao analisar patógenos antigos, respostas imunológicas humanas e compostos medicinais extintos, pesquisadores estão descobrindo novas estratégias terapêuticas para combater a resistência a antibióticos, doenças crônicas e infecções emergentes. Além disso, integrar a biologia evolutiva à paleopatologia oferece uma melhor compreensão das pressões seletivas que afetaram a suscetibilidade ao câncer em espécies extintas e poderia identificar potenciais mecanismos de resistência tumoral.
- Dados em escala genômica sobre Neandertais foram disponibilizados a partir de restos esqueléticos de quatorze sítios arqueológicos que abrangem a história Neandertal em grande parte de suas áreas geográficas identificadas.
Metodologias de desextinção molecular
Como observado, existem duas abordagens para a desextinção: a paleogenômica, que estuda o aDNA, e a paleoproteômica, que estuda proteínas antigas. Cada uma levou a avanços importantes na identificação de potenciais tratamentos antimicrobianos.
Paleogenômica
A ideia de desextinção passou da ficção científica para uma busca científica tangível graças aos avanços na paleogenômica. Essa abordagem já gerou insights funcionais sobre a biologia evolutiva, como os mecanismos de adaptação ao frio da megafauna do Pleistoceno, as diferenças neurogenéticas entre humanos modernos e Neandertais, e a evolução do sistema imunológico de patógenos extintos.
A paleogenômica até nos ajuda a entender nossa resposta a patógenos atuais. Por exemplo, um estudo de genes imunológicos de Neandertais racionalizou nossa suscetibilidade a doenças infecciosas emergentes, como a COVID-19. Um grupo de genes no cromossomo 3, identificado como o principal fator de risco genético para insuficiência respiratória após infecção por SARS-CoV-2, foi conferido por um segmento genômico herdado de Neandertais e descobriu-se que é carregado por cerca de 50% das pessoas no Sul da Ásia e 16% das pessoas na Europa.
O processo paleogênico visa reviver genes de espécies extintas reconstruindo seus genomas e introduzindo-os em organismos vivos intimamente relacionados, como no exemplo do lobo-pré-histórico mencionado anteriormente. O primeiro e mais crucial passo é obter aDNA de alta qualidade a partir de material biológico preservado, seguido pelo isolamento do DNA, sequenciamento de nova geração e montagem genética computacional.
Diferente do DNA moderno, o aDNA é altamente degradado, quimicamente modificado e frequentemente contaminado com DNA microbiano e ambiental. Avanços na extração de DNA, tecnologias de sequenciamento e bioinformática tornaram possível recuperar e analisar o aDNA, abrindo caminho para esforços de desextinção.
Trazer de volta animais totalmente formados, como lobos-pré-históricos ou mamutes-lanosos, envolve muitos desafios práticos e éticos. Bem-estar animal e consequências ecológicas são apenas duas das questões complexas em torno da desextinção de espécies. Trazer de volta peptídeos antigos, no entanto, é muito menos problemático e pode impulsionar esforços de descoberta de medicamentos. Por meio da paleogenômica, pesquisadores identificaram oito genomas de vertebrados extintos e os verificaram computacionalmente em busca de defensinas, que são pequenos peptídeos catiônicos ricos em dissulfeto que desempenham papéis importantes na imunidade do hospedeiro.
Seis β-defensinas autênticas foram identificadas como resultado, cinco das quais derivadas de duas espécies diferentes de aves extintas e uma de uma espécie de mamífero. As análises evolutivas e estruturais dessas moléculas estão abrindo novos caminhos para a descoberta de antibióticos, embora ainda não tenham sido validadas experimentalmente.
Paleoproteômica
A desextinção molecular via paleoproteômica envolve a extração, sequenciamento, reconstrução computacional e ressurreição funcional de proteínas de organismos extintos. Essa metodologia aproveita avanços em espectrometria de massa, bioinformática e biologia sintética para recuperar e estudar biomoléculas antigas.
Por exemplo, cientistas usaram modelos de aprendizado profundo para descobrir novos peptídeos antibióticos. Modelos para previsão de sítios proteolíticos foram treinados para projetar a atividade antimicrobiana por uma ampla gama de proteases nos proteomas de organismos extintos (o chamado "extintoma"). Uma grande coleção de sequências não encontradas em organismos existentes foi prevista para exibir atividade antimicrobiana de amplo espectro. Destes, 69 peptídeos foram sintetizados e sua atividade contra patógenos bacterianos foi verificada experimentalmente. Uma seleção de peptídeos antimicrobianos ativos é mostrada na Tabela 1.
| Peptídeo | Organismo extinto | Proteína parental | Sequência peptídica | CIM |
|---|---|---|---|---|
| Hydrodamin-1 3078251-51-8 |
Vaca-marinha-de-steller (Hydrodamalis gigas) | Gene 1 de diferenciação endotelial | LYCRIYSLVRARG RRLTFRKNISK | 4 μmol L-1 (A. baumannii, E. faecium) |
| Megalocerin-1 3078251-56-3 |
Alce-gigante (Megaloceros gigantescus) | Subunidade 3 da citocromo c oxidase | LIVCFFRQLKFHF | 8 μmol L-1 (A. baumannii, E. faecium) |
| Mylodonin-2 3078251-68-7 |
Preguiça-gigante (Mylodon darwinii) | Apolipoproteína B | KRKRGLKLATALS LNNKF | 32 μmol L-1 (E. coli) |
| Elephasin-2 3078251-59-6 |
Elefante-de-presas-retas (Elephas antiquus) | Subunidade 8 da ATP sintase F0 | IFLHLKILKIIRLL | 1 μmol L-1 (A. baumannii, S. aureus, E. faecium) |
| Mammuthusin-2 3078251-49-4 |
Mamute-lanoso-siberiano (Mammuthus primigenius) | Receptor de melanocortina-1 | RACLHARSIARLHK RWRPVHQGLGLK | 32 μmol L-1 (A. baumannii, E. faecium) |
| Equusin-1 3078251-35-8 |
Zebra-de-grant (Equus quagga boehmi) | Proteína 1 associada à resistência natural de macrófagos | FLKLRWSRFARVLL | 1 μmol L-1 (E. faecium) 4 μmol L-1 (A. baumannii, E. coli, P. aeruginosa) |
| Equusin-2 3078251-48-3 |
Zebra-de-grant (Equus quagga boehmi) | Proteína associada à microcefalia semelhante ao fuso anormal | KIYKKLSTPPFTL NIRTLPKVKFPK | 8 μmol L-1 (A. baumannii) |
Vários pares de peptídeos do mesmo organismo extinto exibiram fortes interações sinérgicas contra patógenos como A. baumannii e P. aeruginosa, com valores de índice de concentração inibitória fracionada (FIC) tão baixos quanto 0,38 para A. baumannii. Para a combinação de Equusin-1 e Equusin-3, as concentrações inibitórias mínimas (CIMs) diminuíram 64 vezes (de 4 μmol L-1 para 62,5 nmol L-1), atingindo concentrações submicromolares comparáveis às CIMs dos antibióticos mais potentes.
Notavelmente, os principais compostos, incluindo Mammuthusin-2, Elephasin-2, Hydrodamin-1, Mylodonin-2 e Megalocerin-1, exibiram potencial atividade anti-infecciosa em camundongos com abscessos cutâneos ou infecções na coxa. Os resultados obtidos para os peptídeos mais ativos testados no modelo de infecção por abscesso cutâneo (Elephasin-2 e Mylodonin-2) indicaram atividade antibacteriana comparável à da polimixina B, um antibiótico amplamente utilizado. Da mesma forma, Mylodonin-2 e Elephasin-2 exibiram eficácia anti-infecciosa comparável à da polimixina B ao utilizar um modelo murino de infecção profunda na coxa, destacando assim o potencial da desextinção molecular como uma abordagem bem-sucedida para a descoberta de antibióticos.
Uma patente recente divulgou os métodos para identificar peptídeos antimicrobianos derivados de proteomas extintos usando um algoritmo de aprendizado profundo multitarefa, o APEX, juntamente com os 41 peptídeos antimicrobianos identificados e sua sinergia e mecanismo de ação.
Além disso, a ferramenta de aprendizado de máquina criada, o modelo de floresta aleatória panCleave para previsão de locais de clivagem em todo o proteoma, explorou um classificador de locais de clivagem pan-protease para realizar proteólise computacional — uma digestão in silico de proteínas humanas. Abordagens de aprendizado de máquina foram, portanto, usadas para a desextinção molecular e mineraram os proteomas de nossos parentes mais próximos, os humanos arcaicos Neandertais e Denisovanos. Vários antibióticos peptídicos criptografados foram ressuscitados, os quais exibiram atividade antimicrobiana in vitro e em modelos pré-clínicos de camundongos.
Potenciais avanços em antibióticos
Para entender como seria o ancestral dos antibióticos glicopeptídeos atuais, pesquisadores utilizaram bioinformática e métodos genéticos e bioquímicos para trazer a ancestral “paleomicina” de volta à vida. Primeiro, a linha de montagem da peptídeo sintetase não ribossômica da paleomicina foi prevista e uma árvore guia baseada em clusters de genes biossintéticos foi construída. Posteriormente, empregando técnicas de biologia sintética, os pesquisadores reconstruíram o peptídeo previsto e validaram sua atividade antibiótica.
Este estudo provou que a combinação de biologia sintética e técnicas computacionais pode determinar a evolução temporal dos antibióticos e potencialmente reviver moléculas antigas. Também demonstrou as táticas de otimização natural alcançadas por meio de processos evolutivos que resultaram nos modernos antibióticos glicopeptídeos, estabelecendo assim as bases para futuros esforços de engenharia desta importante classe de agentes antimicrobianos.
Cientistas também estão explorando a possibilidade de encontrar novas fontes de antibióticos em catelicidinas de Neandertais. Esta é uma família de peptídeos antimicrobianos semelhantes aos encontrados em humanos modernos, que desempenham um papel na defesa contra infecções. Pesquisadores desenvolveram um modelo de aprendizado de máquina capaz de minerar dados proteômicos e genômicos de Neandertais e Denisovanos, essencialmente encontrando sequências de humanos arcaicos e prevendo quais seriam candidatos a antibióticos viáveis.
Desafios e oportunidades na desextinção
A desextinção molecular pode apresentar menos dilemas logísticos e éticos do que ressuscitar animais extintos e reintroduzi-los em ecossistemas modernos. No entanto, não está isenta de certos riscos, tais como:
- Degradação do DNA e dados genômicos incompletos que dificultam a reconstrução gênica completa.
- Incerteza funcional de moléculas ressuscitadas, incluindo erros de dobramento de proteínas, modificações pós-traducionais, toxicidade e imunogenicidade.
- Silenciamento gênico, efeitos fora do alvo e transferência horizontal de genes, onde genes modificados poderiam se espalhar incontrolavelmente nos ecossistemas e causar impactos não intencionais.
- Questões bioéticas sobre se moléculas extintas devem ser comercializadas.
Estruturas éticas e a colaboração entre as comunidades científica e regulatória serão vitais para orientar muitas dessas considerações. Em termos de potenciais obstáculos científicos, tecnologias avançadas continuarão a desempenhar um papel fundamental. A IA pode simular como as proteínas se dobram e funcionam, contornando a necessidade de sequências de DNA completas. Redes neurais podem prever fragmentos ausentes em DNA antigo degradado e melhorar a precisão da reconstrução. CRISPR-Cas9 e a edição de bases podem potencialmente "humanizar" genes antigos para uso médico seguro.
A desextinção molecular representa uma mudança de paradigma na descoberta de antibióticos, oferecendo um reservatório único de potencial antimicrobiano inexplorado. Embora permaneçam desafios em escala e regulamentação, sucessos iniciais demonstram que a biodiversidade perdida da Terra pode ser a chave para resolver a crise da resistência antimicrobiana.
Para mais informações, veja nosso artigo na ACS Omega, Molecular Paleontology Meets Drug Discovery: The Case for De-extinct Antimicrobials.
Referências:
2: https://www.nature.com/articles/s41551-024-01201-x?utm_source=acs&getft_integrator=acs
